Magnetic modulation of keyhole instability during laser welding and additive manufacturing

锁孔 焊接 不稳定性 调制(音乐) 激光器 材料科学 光学 冶金 机械 物理 声学
作者
Xianqiang Fan,Tristan G. Fleming,Samuel J. Clark,Kamel Fezzaa,Anna C. M. Getley,Sebastian Marussi,Hongze Wang,Chu Lun Alex Leung,Andrew Kao,Peter Lee
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science (AAAS)]
卷期号:387 (6736): 864-869
标识
DOI:10.1126/science.ado8554
摘要

Keyhole instability during laser welding and laser powder bed fusion (LPBF) can cause keyhole collapse and pore formation. Using high-speed x-ray imaging, we demonstrate that the flow vortex-induced protrusion on the rear keyhole wall is crucial in initiating keyhole instability. Applying a transverse magnetic field suppresses the keyhole instability by driving a secondary thermoelectric magnetohydrodynamics (TEMHD) flow that alters the net flow vortex. This minimizes protrusions and large-amplitude keyhole oscillations. The suppression effectiveness depends on the laser scanning direction relative to the magnetic field orientation because this controls the Seebeck effect-induced Lorentz force's direction. We show that at LPBF length scales, electromagnetic damping is weak, and for alloys with a large Seebeck coefficient, TEMHD becomes the dominant mechanism controlling flow behind the keyhole.
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